La toute première image de l’ombre d’un trou noir crachant des jets révélée

trou noir jets M87
Illustration d'un artiste du trou noir au cœur de M87 crachant un jet massif. Crédits : S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Une équipe s’est appuyée sur plusieurs grands observatoires pour produire une nouvelle image du trou noir posté au centre de la galaxie M87. Ce nouveau cliché composite nous livre plusieurs aspects de l’objet, y compris la structure du matériau surchauffé qui l’entoure et le jet relativiste à grande vitesse qui en jaillit. Les détails de ces travaux sont publiés dans la revue Nature.

Il y a quatre ans, des astronomes avaient marqué l’histoire en partageant au monde la toute première image directe de l’ombre d’un trou noir jamais obtenue. La cible, située au centre de la galaxie M87 à 55 millions d’années-lumière, aurait une masse d’environ 6,5 milliards de fois celle du Soleil. À l’époque, cette image révolutionnaire nous avait révélé un anneau lumineux, le disque d’accrétion de l’objet, enroulant l’ombre du trou noir lui-même.

Plus récemment, des chercheurs ont utilisé un outil d’intelligence artificielle (IA) pour affiner les traits de cette photo un peu floue. Désormais, il nous est possible de voir les jets de matière expulsés par le trou noir en même temps que l’ombre elle-même. Le phénomène se produit lorsque la matière gazeuse du centre de la galaxie s’accumule près du trou noir. L’énergie libérée produit alors des jets de particules subatomiques qui sont accélérées à des vitesses proches de la vitesse de la lumière.

Une photo inédite d’un trou noir

Il y a quelques années, le télescope Hubble nous avait permis de voir ce phénomène directement, sans voir le trou noir lui-même (voir ci-dessous). C’est désormais possible en combinant les observations du Global Millimeter VLBI Array, de l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array et du Greenland Telescope. Les télescopes utilisés pour ce projet sont basés respectivement en Amérique du Nord et en Europe, en Amérique du Sud et au Groenland.

Dans le détail, les chercheurs ont utilisé des ondes radio de 3,5 mm pour voir le jet et l’ombre ensemble, plutôt que les ondes de 1,3 mm utilisées pour l’image originale de l’ombre. Les longueurs d’onde plus longues exposent également un anneau environ 50 % plus grand que celui observé à 1,3 mm.

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La galaxie M87 photographiée par Hubble. Le jet relativiste du trou noir posté au centre est ici clairement visible. Crédits : NASA, ESA et Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
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La même image en gros plan. Crédits : NASA, ESA et Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
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Ici, la toute première image montrant à la fois l’ombre du trou noir et les jets libérés. Crédits : E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

L’existence de tels jets est connue depuis des décennies. Cependant, la physique qui les produit est encore mal comprise. La publication de cette image unique en son genre pourrait donc aider à résoudre ce problème en rapprochant les astrophysiciens aussi près que possible du point d’origine de ce phénomène.

D’ailleurs, nous pouvons déjà tirer quelques enseignements. Ici, l’image révèle deux régions lumineuses associées aux jets pointant dans des directions opposées. Près du trou noir, le profil d’émission du jet est plus large que le profil attendu d’un jet entraîné par un trou noir, suggérant selon l’étude la présence possible de vent associé au flux d’accrétion.